Mecanismos Cursor - Manivela

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Mecanismo Cursor-Manivela
Prof. Mauricio Sanches Garcia
	 O mecanismo biela-manivela com corrediça é um dos mecanismos mais utilizados em mecânica devido à sua simplicidade e versatilidade.
	 Este mecanismo pode ser considerado como um caso particular do mecanismo de quatro barra em que que a barra movida tem comprimento infinito.
	 Na prática, a barra movida transforma-se numa corrediça ou num pistão, constrangida de forma a mover-se segundo uma linha reta, por meio de guias
ou de um cilindro.
	 Na prática, a barra movida transforma-se numa corrediça ou num pistão, constrangida de forma a mover-se segundo uma linha reta, por meio de guias
ou de um cilindro.
Quadrilátero articulado
	 A barra 2, que descreve movimento de rotação, é denominada manivela, enquanto que a barra intermédia, barra 3, é designada biela.
	 No mecanismo biela-manivela, a manivela descreve somente movimento de rotação, a corrediça descreve apenas movimento de translação retilínea e a biela tem um movimento geral ou misto, i.e., co-existem as características cinemáticas associadas aos movimentos de rotação e de translação.
manivela
biela
Embolo/pistão
	 O mecanismo biela-manivela é largamente utilizado em sistemas mecânicos para transformar movimento de rotação em movimento de translação retilínea, ou vice-versa.
 Nestes motores, a corrediça representa o pistão sobre o qual os gases exercem pressão, a qual é transmitida à manivela por intermédio da biela. Nos motores de combustão interna, as fases de ponto morto,
	correspondentes às posições extremas do pistão, são superadas pela introdução de um
	volante de inércia no eixo da manivela.
	O mecanismo biela-manivela encontra ainda aplicação frequente em compressores de ar, onde a manivela é o órgão motor que recebe o movimento de rotação, por exemplo, de um motor elétrico, sendo transformado em movimento alternativo de translação que comprime o ar.
	Deve notar-se que neste tipo de aplicação não existem fases de ponto morto.
	Uma vez que são quatro os corpos que compõem o mecanismo biela-manivela, há
	quatro possíveis inversões do mecanismo:
	Na Figura a está representado o mecanismo biela-manivela básico que existe nos motores de combustão interna. O corpo 4, o pistão, é o órgão motor que é acionado pela expansão dos gases de combustão, a barra 2 é o órgão movido. Tal como foi referido anteriormente, invertendo os papéis entre o órgão motor e movido, o mesmo mecanismo pode funcionar como compressor.
Embolo/pistão
biela
manivela
 Na Figura b a manivela está fixa, ao passo que a barra 1, anteriormente fixa, pode rodar.
	Este tipo de mecanismo foi muito utilizado em motores de combustão interna nos primórdios da indústria aeroespacial, sendo conhecidos como motores rotativos porque os cilindros rodam em relação à manivela que está fixa.
Manivela fixa
Cilindros rotativos
Uma outra inversão do mecanismo biela-manivela é a que mostra a Figura c, em que biela é o corpo
fixo. Este tipo de inversão teve aplicação como mecanismo de tração nas locomotivas a vapor sendo o corpo 2 a roda.
Biela fixa
Biela fixa
Manivela 
Embolo – movimento de translação
No mecanismo biela-manivela é comum relacionar a posição linear do pistão com a posição angular da manivela. Assim, atendendo à geometria da figura, pode escrever-se a seguinte expressão para a posição do pistão,
 x = AC = AD + DC = r cosθ + l cosφ (1)
em que r e l são, respectivamente, os comprimentos da manivela e da biela, sendo θ e ϕ as respectivas posições angulares.
	 Na equação (1), a posição do pistão depende de duas variáveis, θ e ϕ, uma vez que para um dado mecanismo os comprimentos das barras são conhecidos. 
Porém, como o mecanismo biela-manivela tem apenas um grau de liberdade, uma das variáveis pode ser expressa como função da outra. 
Assim, e com o propósito de eliminar a variável ϕ, pode aplicar-se a lei dos senos ao triângulo ABC, resultando a seguinte expressão:
A expressão que traduz a posição do pistão em função da posição angular da manivela e dos comprimentos da
manivela e da biela, é dado por:
	Nos mecanismos biela-manivela de uso corrente, o comprimento da biela, l, é cerca de 3 a 4 vezes superior ao comprimento da manivela, r.
Com efeito, a equação pode ser simplificada e rescrita como:
	o primeiro termo corresponde ao comprimento AD
	o segundo é BC 
	O terceiro é aproximadamente a diferença entre BC e BD
	O curso total do pistão, isto é, a distância percorrido pelo pistão durante uma rotação da manivela, é igual ao dobro do comprimento da manivela, ou seja, 2r.
	O curso total do pistão, isto é, a distância percorrido pelo pistão durante uma rotação da manivela, é igual ao dobro do comprimento da manivela, ou seja, 2r.